专利名称：用于海上风电场的信号装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种由多个风能设备构成的海上风电场，用来从风力中 产生电流，其中一个以上的风能设备分别包括有声音警报器。本发明还 涉及一种控制声音警报器的方法。
背景技术：
海上风电场是指 一个空间上相关联的区域，海上的风能设备搭建在 此区域中。海上风电场通常位于航道附近，并且通常的航运能够抵达。 在此由于导航错误，船只有与海上风电场相撞的危险。单个风能设备配 备定位灯、雷达反射器和无线电航标，就是考虑到这个风险。为了在能 见度较差的情况下也能给海上风电场周围的船只发送警报提示，风电场
中还需要雾号(见IALA推荐0-117 "On the Marking of Offshore Wind Farms (关于海上风电场的标志)")。
但海上风电场部分地在空间上延伸得非常大，因此在能见度较差的 情况下，单个的雾号只能给海上的航运人提供有限的定向帮助，航海人 4艮难确定需避开的区域和行驶方向。
发明内容
本发明的目的是，改进海上风电场中的声音危险标识。
本发明的解决方案在于如独立权利要求的特征所述的方法和装置。 有利的改进方案是从属权利要求的主题。
对于海上风电场来说，其包括至少两个用来从风中产生电流的风能 设备、至少两个声音警报器和用来测量视程的视程测量装置，根据本发 明规定，在通过视程测量装置检测视程低于视程极限值后，在至少两个 声音警报器施加激活信号。此外，还设置有至少一个同步模块，此同步 模块确定从所述至少两个声音警报器中的至少一个声音警报器发出的 声音信号相对于另外至少一个声音警报器的声音信号的时间点。
本发明已知，为借助声音警报信号来更好地为船只定向，所述信号 应该同步地发出。 一方面，这使沿着海上风电场进4亍导力元更加容易，并实现了安全的环航，另一方面，通过同步地发出信号来使船只连接相关 联的区域。
本发明基于这样的认识，即对于未协调的信号发出来说，在风电场、 尤其在风能设备之间具有较大距离的大型风电场中，容易认为是完全分 开的单元，即认为在这些单元之间还留有足够的位置来给船只导航。因 为大多数情况下，只有位于风电场边缘上的海上风电场的风能设备才装 备有警报器，所以船只可能会驶进风电场中，因此与风能设备相撞的危 险性特别高。
警报信号的同步发出清楚地标明了发出信号的风能设备的关联性， 因此导航的船只可以识别出处于信号源之间的区域同样还是危险区域。 在此，同步的发出理解为各种有序的信号序列，在此，信号的发出要么
是同时进行，要么在时间上彼此不同。列举几个例子:同步发出理解为同 时的信号发出，或理解为有针对性的顺序的发出。但同样，同步的信号 发出也可理解为混合形式，在此混合形式中形成了群组，其同时地放出 信号，其中这些群组相互有针对性地连续地发出信号。
在一种改进构造中，声音警报器分别包括信号模块，在此信号模块 中存储了声音信号的类型、序列和/或音高，其中这些信号优选是相互不 同的。它例如可指音高，因此既使在同时听到这些信号时也可明显地识 别出其涉及 一 个以上的声音信号。
在本发明的另一改进构造中规定，所述至少两个声音警报器分别具 有声强模块，借助它可调节声音信号的声强。因此可从外部调节发出的 信号的声强，并可根据情况来调节，例如通过风电场或风能设备的控制 器来调节。
如果同步模块可这样进行调节，即由风能设备的声音警报器发出的 声音信号按预先设定的顺序同时地发出，或替代地这样相互协调，使这 些信号在时间上不会重合，则在此应用此方法是优选的。通过这种同步， 可同时地或交替地增强关联性的效果，因为这些信号相互间的关系是很 明显的。
此外还规定，气象状况对由声音警报器发出的信号的声强产生影 响。视程测量装置优选对声强模块这样起作用，即所测的视程越小，则 声强越大。在一种可选的实施例中规定，海上风电场包括至少一个风确 定装置，尤其作为至少一个风能设备的组成部分，用来检测风向和风力。此风确定装置对至少一个声音警报器的声强^t块产生影响。所述风确定 装置优选这样起作用，即从最可能的船只沿着其驶向海上风电场的那个 风向刮来的风越强，则发出的信号就越响。因此，信号在这个方向上的 减弱至少得以补偿。在一种改进方案中，除了单纯的风补偿外，甚至还 可以进一步提高信号的声强，因为在这样的天气状况下驶进海上风电场 中，对于船只来说意味着特别高的风险。
一种优选的实施例规定，海上风电场具有至少一个趋近模块，尤其 作为至少 一个风能设备的组成部分，用来检测船只的距离和/或移动方 向。此趋近模块对至少一个声音警报器的声强模块产生影响。风电场要
么自身具有自动的雷达系统，要么具有AIS接收器(Automatisches Schiffsidentifizierungsystem (船舶自动识别系统))，用来检测船舶的 位置和识别可能的危险。因此可设置方向探测才莫块，其可确定位于海上 风电场周围的船只的距离、航线和/或速度，并可根据船只的距离、可能 的行驶方向和/或速度以及声音警报器相互之间的距离，来确定声音信号 应同时发出还是时间交替地发出，和/或确定声音信号的声强。
替代的是，海上风电场、单个的风能设备或还有维护中心可分析船 舶自动识别系统(AIS)的数据，并按照碰撞危险来确定碰撞方向，然 后提高在碰撞危险的方向上发出的信号的声强。
在一种有利的改进方案中规定，海上风电场具有至少 一个补偿模 块，尤其作为至少一个风能设备的组成部分，用来检测声音警报器和/ 或其他阻碍标识的失效。此补偿模块在检测声音警报器和/或其他阻碍标 识失效后，对由至少一个声音警报器发出的信号的声强才莫块施加作用。 如果此声音警报器失效，则规定，最近的声音警报器的声强应提高，从 而对所述失效进行补偿。因此，补偿的声音警报器例如在失效的警报器 2海里外也能被听见。
在另一优选的实施例中规定，同步模块包括运行时间模块，和/或声 强模块包括距离模块，借助其可调节声音警报器的信号时间点和/或声 强，使信号在海上风电场外面的预定点处在时间上是同步的，和/或达到 确定的声强。海上风电场通常有几公里长，因此信号在确定点或确定方 向上的同步必须考虑声音信号的运行时间差。因此离所述点最远的声音 警报器应该把它的声强提高到最大，用来达到良好的可感知性。信号同 步发出的点能可变更地调整，或甚至可连续地变动。在另一优选的实施例中规定，同步才莫块具有接收才莫块，同步才莫块借 助它可接收无线电信号，并从中推导出声音信号的时间点。所述同步在 此借助风能设备的控制器或声音警报器的控制器通过单个控制器中的 时间测量的同步而实现。然后控制器从同步的时间测量来推导出信号发 出的时间点。时间测量的同步在此通过无线电信号，例如由全球定位卫
星发出的GPS时间信号来实现。
在另 一优选的实施例中规定，存储在声音警报器中的信号是彼此不 同的。这些信号的区别尤其不在声音序列，而在于区别有至少三度的音高。
在另一优选的实施例中规定，声音警报器包括伺服模块，通过它进 行数据传输，并实现状态报告和数据的传输。此伺服模块在此可设计成 数据接口，警报器借助它可与风能设备的控制器、海上风电场的控制器 和/或维护中心通讯。因此， 一方面可迅速地检测警报器的失效并安排维 修，另一方面必要时更改警报器的运行控制，例如用来更改存储的信号。
本发明还涉及一种在海上风电场中控制多个声音警报器的方法。
下面参照附图，借助有利的实施例示例性地描述了本发明。关于所 有在文字中未详细说明的根据本发明的细节，都明确地参照附图。其中 图1风能设备；以及 图2 海上风电场。
具体实施例方式
首先说明了海上应用的风能设备1的构造，它是本发明的基础。总 体上用附图标记1标出的风能设备1具有设置在吊舱3上的可旋转的具 有转子叶片2的转子，此转子通过风的作用置身于旋转之中。吊舱3为 此可摆动地设置在塔架14上。带有转子叶片2的转子的旋转运动传递 到位于吊舱3中的发电机(未示出)上，此发电机将由此运动生成的电 能借助电线传给电力传输网(未示出)，因此产生的电能可以传输给耗 电设备。海上风能设备1建在露天的海上，没有与船运分开。因此必须 投入许多开支，来避免船运与风能设备1相碰撞的危险。为此在风能设 备1上设置了一系列危险标志18和警报器(4、 5、 7、 8)。这些危险标志和警报器可以包括下列机构
- 用来给飞机发出提示的航行灯8,其可设置在吊舱3上，并且 根据塔架14的高度还可设置在塔架14上；
- 用于航海船只的航行灯5，其在平均的高水位吃水线之上6 -30米，例如设置在塔架14或平台19上；
- AISUKW发送器和接收器7,用来改善大型船只的定位；
- 雷达反射器20,用来改善雷达定位系统的反射；
- 声音警报器4,例如雾号，在能见度差的情况下发出声音信号；
- 此外，还在风能设备上设置红色或黄色警告颜色的标记18, 尤其在塔架14上、具有转子叶片2的转子上和/或吊舱3上。
在风能设备l上，为了测量视程设置有视程测量装置21,并且为了 测量亮度设置有光度计22。按照视程和外面的光线情况，来激活单个的 警报器4、 5、 7、 8或调节它们的强度。在光线情况很差的时候，例如 提高航行灯5、 8的照明强度。如果视程低于预先规定的极限值，例如2 海里，则除了航行灯外，还要激活声音警报器4，其以预先设定的、有 规律的间隔来发出信号序列。此信号在此存储在信号模块25中，并且 例如可以是莫尔斯电码中的0 (两个短音跟随一个长音)，其以30秒的 间隔发出。
几个安全元件4、 5、 7、 8是相互连接的，并借助数据网12或现场 总线系统，例如以太网，与风能设备的控制器6相连。这些元件通过此 数据网12来传递它们各自的测量值、运行状态，并接收控制命令。此 外，风能设备1的数据网12还可具有外部的数据线13,风能设备1可 通过此数据线直接或间接地与海上风电场17的其它风能设备、风电场 控制器和/或维护中心相连。
控制器6包括同步模块24，借助它可求出单个声音警报器应该发出 声音信号的时间点，并传递给声音警报器4，然后此声音警报器自动地 继续执行存储于声音警报器中的信号序列和重复速度,直到由控制器6 校正发出时间点和/或重复频率，或者声音警报器4再次被去激活。
在未示出的替代方案中，同步模块24也可设置在声音警报器4自 身中。
同步模块24借助存储的功能和测量的时间来检测时间点，此外， 当同步模块24被外部信号规定时，则同步模块也可以检测发出时间点的校正。
同步;f莫块24在此通过时间信号接收器9来测量时间，经由此接收 器要么通过数据网，要么按照功能信号(例如GPS信号)来接收时间信 号。
声音警报器4的声强由风能设备1的控制器6来影响。为此，声音 警报器4具有带信号输入端的声强模块11，信号发出的声强可通过此声 强模块来影响。声音警报器4的声强在此调到最低量。所述最低量例如 是指这样的声强，即对于该声强，在条件良好的情况下，人在2海里(约 相当于3704米)距离的地方还能听到声音警报器。
此外还设置有方向探测模块26,它借助风能设备的环境传感器7、 21、 22、 23的传感器值来确定在哪个方向上提高声强是特别有意义的， 并且在其主发射方向位于此方向的声音警报器4上提高声强发出的声 强。
风能设备1的控制器6可根据情况通过声强模块11的信号输入端 来提高声音警报器4的声强，或再次把它降到最低量。如果船只碰撞的 危险升高，则要一直提高声强。为此的示例是
- 所测到的视程越小，则要逐级提高声强；
- 如果风向与各个声音警报器的主发射方向相反，则声音警 报器4的声强与所测到的风力成反比地提高；
- 如果AIS接收器7探测到船只27,此船只与海上风电场17 的距离低于预先规定的距离，则要提高声强；
- 此外，如果海上风电场17的多个声音警报器4中的一个声 音警报器失效，则也要提高声强，这样提高声强，使得可 以补偿所述失效的声音警^^艮器4的信号，即除了声音警报 器4的相互距离，所述信号的达到距离例如为2海里。
声音警报器的同步可借助图2直观地看出。图2示意性地示出了海 上风电场17,其具有多个象征性地用圆圈示出的风能设备。几个风能设 备l、 l，配备有图1所示的危险标志18和声音警报器4、 5、 7、 8。这些 风能设备l、 l'尤其各自配备有至少一个声音警报器4，用来在可见度差 的情况下提醒船只27躲避阻碍。此外，在海上风电场中还设有中心平 台16,此中心平台上具有不同的服务装置，如把电力传输到陆地的接口 、 备用电源以及尤其是风电场控制器，此控制器协调单个风能设备上一级的控制过程。
航道15在海上风电场17的附近经过，大多数的船只27在此航道 上从海上风电场17的周围驶过。
如果风能设备1、 l，的视程测量装置探测到视程低于视程极限值，
则此风能设备i、 r就激活它的声音警报器，并把所述激活报告风电场 控制器，此风电场控制器必要时在验证了所测视程的可靠性后把它继续 报告给其它的风能设备i、 r。于是，海上风电场17中所有的声音警报
器4都会激活，并同步地发出声音信号。
在最简单的情况下，同时地从声音警报器4发出信号。如果这些信
号不是重合的，而是感知为离散的信号序列，则这种信号的发出就要复
杂得多。为此，单个风能设备l的单个声音警报器4的实际发出时间点 通过海上风电场17中的外部数据线13传递到中心风电场控制器16。此 中心风电场控制器决定最佳的发出序列，并把校正的发出时间点再回传 给单个的风能设备。替代的是，中心风电场控制器16的功能也可以由 单个的风能设备1来承担。
所述同步在此这样实现，即所述信号相继地发出，因此驶过的船只 可以单个地感知到这些信号，因此可借助听到的信号的序列和声强来估 计自己相对于海上风电场17的位置。
如果一个声音警报器4失效，例如位于外围冲间的风能设备l，上 的声音警报器4，则把所述失效报告风电场控制器16,然后风电场控制 器把所述失效继续报告其它位于外围-侧面的其声音警报器4功能仍正 常的风能设备l。于是这些风能设备1提高声音警报器的声强，来补偿 所述失效。
如果风能设备1、 l，借助AIS接收器探测到在能见度差的情况下船 只27已经偏离了航道15,并越来越靠近海上风电场17,则风能设备1、
r要提高声音警报器4的声强。风能设备i、 r要把所述趋近报告给风
电场控制器16,此风电场控制器自身将离船只27最近的声音警报器4 的声强提高。
也可以提高多个声音警报器4的声强，从而可在海上风电场17外 面的预定点处达到特别好的可感知性。这例如意味着，在从左边或右边 趋近图2所示的海上风电场17时，可特别提高位于这些侧面的风能设 备l的声音警报器的声强。
权利要求
1.海上风电场(17)，包括至少两个用来从风中产生电流的风能设备(1、1’)、至少两个声音警报器(4)和用来测量视程的视程测量装置(21)，其特征在于，在通过所述视程测量装置(21)检测出视程低于视程极限值后，给所述至少两个声音警报器(4)施加激活信号；并且还设置有至少一个同步模块(19)，此同步模块确定从所述声音警报器(4)中的至少一个声音警报器发出的声音信号相对于其他的或其它声音警报器(4)中的至少一个声音警报器的声音信号的时间点。
2. 按权利要求1所述的海上风电场，其特征在于，所述至少两个声 音警报器(4)分别包括信号模块(25),在此信号模块中存储了声音 信号的类型、序列和/或音高。
3. 按上述权利要求中任一项所述的海上风电场，其特征在于，所述 至少两个声音警报器(4)分别包括声强模块(11),借助所述声强模 块能调节声音信号的声强。
4. 按权利要求3所述的海上风电场，其特征在于，对于所述视程测 量装置(21)规定,给所述声强模块(11)施加声强信号。
5. 按上述权利要求3至4中任一项所述的海上风电场，其特征在于， 海上风电场(17)包括至少一个风确定装置(23)，尤其作为至少一个 风能设备(l、 l，)的组成部分，用来检测风向和风力，并且此风确定装 置(23)对至少一个声音警报器(4)的施加在声强模块上的声强信号 产生影响。
6. 按上述权利要求3至5中任一项所述的海上风电场，其特征在于， 海上风电场(17)包括至少一个趋近模块(7),尤其作为至少一个风 能设备(1、 1，)的组成部分，用来检测船只(27)的距离和/或移动方 向，并且此趋近模块(7)对至少一个声音警报器(4)的施加在声强模 块上的声强信号产生影响。
7. 按上述权利要求中任一项所述的海上风电场，其特征在于，所述 同步模块(24)具有接收模块(9),借助该接收模块，所述同步模块(24)能接收无线电信号，并该同步模块从无线电信号中推导出声音信 号的时间点。
8. 按上述权利要求中任一项所述的海上风电场，其特征在于，所述 声音警报器(4)包括伺服模块，通过该伺服模块进行数据传输，并实 现状态报告和数据的传输。
9. 用来控制海上风电场中的至少两个声音警报器的方法，所述海上 风电场由至少两个用来从风中产生电流的风能设备组成，其特征在于以 下步骤陽在至少一个风能设备的附近测量视程；-在低于预先规定的视程极限值的情况下，激活所述声音警报器；并且-使声音警报器的信号发出相互同步。
10. 按权利要求9所述的用来控制海上风电场中的多个声音警报器 的方法，其特征在于，越低于所述视程极限值，则声音警报器的信号越 响。
11. 按权利要求9至10中任一项所述的用来控制海上风电场中的多 个声音警报器的方法，其特征在于，声音警报器的声强根据风向和风力 来调整。
12. 按权利要求9至11中任一项所述的用来控制海上风电场中的多 个声音警报器的方法，其特征在于，检测船只在海上风电场周围的位置 和/或移动方向，并且根据所述位置和/或移动方向来改变声音警报器的 声强。
13. 按权利要求9至12中任一项所述的用来控制海上风电场中的多 个声音警报器的方法，其特征在于，调节至少一个声音警报器的声强， 使得在海上风电场外的预定点处达到预先规定的声强。
14. 按权利要求9至13中任一项所述的用来控制海上风电场中的多 个声音警报器的方法，其特征在于，相互协调声音警报器的信号发出时 间点，使得在考虑声音信号的各自的运行时间的情况下，所述信号同时 达到海上风电场外的预定点。
15. 按权利要求9至14中任一项所述的用来控制海上风电场中的多 个声音警报器的方法，其特征在于，监控所述声音警报器的可用性，并 在一个声音警报器失效的情况下，提高另外至少一个声音警报器的声 强，使得前述失效至少部分地得到补偿。
全文摘要
本发明涉及用于海上风电场的信号装置。海上风电场(17)，包括至少两个用来从风中产生电流的风能设备(1、1’)、至少两个声音警报器(4)和用来测量视程的视程测量装置(21)。本发明规定，在通过视程测量装置(21)检测出视程低于视程极限值后，给至少两个声音警报器(4)施加激活信号。还设有至少一个同步模块(19)，此同步模块确定从所述声音警报器(4)中的至少一个声音警报器发出的声音信号相对于其他的或其它声音警报器(4)中的至少一个声音警报器的声音信号的时间点。本发明实现两个不同的方面，一方面使沿海上风电场的导航更加容易并实现了安全的换航。另一方面通过同步发出信号使船只了解相关联的区域。本发明还涉及相关方法。
文档编号F03D7/00GK101598115SQ20091014107
公开日2009年12月9日 申请日期2009年5月20日 优先权日2008年5月20日
发明者J·艾特马克, L·-H·卡斯滕森 申请人:再生动力系统股份公司